Лаборатория Ферми приоткрывает тайны нейтрино

28 июня 2011 г., 22:58

Ученые из Национальной лаборатории Ферми (FNAL) анонсировали 24 июня результаты исследований редкого явления – превращения мюонного нейтрино в электронное. С некоторыми ограничениями эти результаты находятся в соответствии с данными японского эксперимента Tokai-to-Kamioka (T2K), который анонсировал возможность такого типа превращения.

Результаты этих двух экспериментов могут сказаться на нашем понимании роли, которую нейтрино может играть в эволюции вселенной. Если мюонные нейтрино преобразуются в электронные нейтрино, то это могло бы быть причиной, почему при Большом взрыве было произведено больше материи, чем антиматерии.

В эксперименте на установке Main Injector Neutrino Oscillation Search (MINOS) (Главный инжектор поиска осцилляций нейтрино) были зарегистрированы 62 частицы, похожие на электронные нейтрино. Если бы мюонные нейтрино не преобразовывались в электронные, тогда должны были бы быть зарегистрированы только 49 событий. В то же время, согласно эксперименту T2K, при наличии этого явления таких событий должно было бы быть 71. Два эксперимента используют разные методы и технику анализа при рассмотрении этого редкого превращения.

Чтобы обнаружить превращение мюонных нейтрино в другие типы (электронное и тау-нейтрино), в эксперименте MINOS пучок мюонных нейтрино посылается на расстояние 735 км под землей от Главного ускорителя Лаборатории к нейтринному детектору весом 5 тыс. тонн, расположенному на 600-метровой глубине в Суданской подземной лаборатории на севере Миннесоты. В эксперименте используются два почти одинаковых детектора: детектор в Лаборатории - для проверки чистоты пучка мюонного нейтрино, и детектор в Судане (так называется поселок) - для регистрации мюонных и электронных нейтрино.

Более десяти лет ученые имели основания полагать, что три известных типа нейтрино могут превращаться друг в друга. Эксперименты обнаружили, что мюонные нейтрино исчезают. Предполагалось, что бóльшая часть этих нейтрино превращаются в тау-нейтрино, которые до сих пор было очень трудно обнаружить, а меньшая – в электронные нейтрино.

Наблюдение частиц, похожих на электронные нейтрино, в суданском детекторе позволяют ученым оценить значение, называемое sin² 2θ₁₃ (синус квадрат два тэта тринадцать). Если мюонные нейтрино не превращаются в электронные, значение этой величины равно нулю. Согласно эксперименту MINOS значение лежит в диапазоне 0—0,12, тогда как T2K дает диапазон 0,03—0,28.

Эксперимент MINOS будет продолжаться до февраля 2012 г., тогда как T2K был прерван в марте из-за сильного землетрясения, разрушившего источник мюонных нейтрино.

Лаборатория Ферми приоткрывает тайны нейтрино